地基承载力的埋深修正问题(精)

【编者按】本刊陆续收到探讨地基承载力的埋深问题的来稿。从这些来稿来看，目前工程界对该问题的认识比较混乱， 有着各种各样的理解。编者通过与相关规范编制组专家以及一些一线设计人员的沟通，从地基承载力深度修正的实质出发， 总结出把握地基承载力深度修正的几个关键要素，以期对设计有所帮助。从另外一个角度来看，工程中存在各种不同的认识 是必然的，因此，作为一个设计人员，不应该盲目照搬某个专家或者学者的一家之言，应该带着思考去学习别人的经验。本 文的讨论也是基于一定认识水平的见解，不妥之处请读者指正。 对地基承载力埋深问题的讨论 李静/ 亚太建设科技信息研究院《建筑结构》编辑部 规范相关条文说明 《建筑地基基础设计规范》GB50007-2002（简称规范）第 5.2.4 条指出：通过载荷试验或其它原位测试结果、经验值等方法确定的 地基承载力特征值，需要进行。其条文说明中还有一段论 述：“目前建筑工程大量存在着主裙楼一体的结构，对于主体结构地 基承载力的深度修正，宜将基础底面以上范围内的荷载，按基础两 侧的超载考虑，当超载宽度大于基础宽度两倍时，可将超载折算成 土层厚度作为基础埋深，基础两侧超载不等时，取小值。” 这两处要求虽然表述不一样，但其实质是一致的，均与地基破 坏机理相关。目前工程界对地基承载力深度修正的认识还十分混乱。 文【1】、【2】均从地基破坏机理出发，分析了地基承载力深度修 正的实质。本文拟进一步对地基承载力深度修正的实质进行总结， 同时分析工程界中流行的几种不正确理解，最后给出常见基础形式 的地基承载力深度修正取值的做法，希望对广大设计人员有所帮助。 2 地基承载力深度修正的实质与要点 2．1 的实质和要点 文【1】、【2】指出，进行地基承载力的深度修正，就是为了 考虑基础两侧基底标高以上的超载 q 对基础两侧滑动土体向上滑动 的抵抗作用。这个超载可以直观地理解为作用在滑动土体表面的压 重，见图 1。超载 q 可以是土自重 q ＝ rd；也可以是裙房产生的连续 均布压力，计算公式可参考规范式（5.2.2-1），注意，活荷载应按“荷 载规范”第 4.1.2 条要求折减。 图 1 基础两侧基底标高以上的超载作用示意 因此，结合地基破坏机理，以及计算公式建立的前提，总结出 地基承载力深度修正的几个要素分别如下： （1） 地基承载力的，其实都是超载的压重作用。无论 是用土的天然埋深，还是将裙房等其他连续均匀压重折算为土厚进 行地基承载力的深度修正，其实质都是基础两侧超载对抗滑动土体 向上运动的体现。 （2） 对超载连续、均匀性和满足一定分布宽度的要求。地基承 载力计算公式的建立是以超载 q 为连续均布荷载，并作用在整个滑 动体表面为前提的。根据规范和文【2】的建议， 超载的分布宽度满足大于（2～4）B（B 为基础宽 度）的要求即可进行地基承载力的深度修正。如果 是天然土层形成的超载，这个荷载基本上是连续均 布的。裙房等压重不一定能形成连续均布的超载， 具体分析见下文。 （3） 取最小值的要求。地基的破坏一般都发 生在最薄弱部位，因此应取基础四周的埋深（或折 算埋深）的最小值进行。 理解了地基承载力深度修正的实质，就可以把 地基承载力深度修正的问题转化为考虑基础四周 2～4 倍基础边长范围内（图 2 中反斜线）超载的大 小与分布问题。再抓住了上述 3 个要素，基本可以 解决一般工程的深度修正取值问题。 图 2 考虑超载作用范围的平面示意 2．2 设计中存在的错误认识及说明 1．“超载”是指基底压力“超出”埋深土层自重应 力的部分。 从前面分析可知，“超载”不是附加应力。 2．条文说明中“基础底面以上范围内的荷载” 是指主楼两侧裙房基础底面标高处的基底压力。 “基础底面以上范围内的荷载”指的是主楼两 侧在主楼基础底面标高处 ．．．．．．．．． 的基底压力（见图 1）。 当裙房基础底面标高在主楼基础底面标高之 上时（如图 3），用于的计算埋深 d 应为 d 1 ＋(H－h)，d 1 为相应于荷载效应标准组合时，裙 房上部结构传至基础顶面的平均竖向压力和裙房 基础自重折算成的土厚。

10 专题讨论 Building Structure We learn we go 图 3 裙房基底标高在主楼基底标高之上时计算埋深 3．用结构自身基底实际反力值（即图 1 中的 p）确定 其下地基承载力的埋深修正取值。 根据规范公式（5.2.2-1），结构基础底面反力值 p 与上 部结构传至基础顶面的竖向力以及基础自重和基础上的土 重有关，其与基础两侧的超载 q 没有直接关系，因此，用 p 值等同于超载 q 去地基承载力，是没有什么道理的。 4．将地基承载力的原理与地基承载力的长期 压密提高作用混为一谈。 地基承载力与上部结构的承载力不同，其与地基变形密 切有关。在地基上部荷载的长期作用下，地基变形趋于稳定， 因此可以适当提高地基承载力。可见，地基承载力的压密提 高机理与超载的压重作用是不同的。 5．地基承载力按深层载荷试验确定时还进行。 按深层载荷试验确定地基承载力特征值时，两侧的超载 已经存在，所以规范规定不用进行深度修正。 6．用于地基承载力深度修正的超载折算厚度不应该大 于基础天然埋深。 只要满足上述 3 个要素的超载，就应该可以用于地基承 载力的深度修正，不应该受到天然埋深的限制。 7．取基础两边的埋深（或折算埋深）的平均或者加权 平均来进行承载力的深度修正。 从破坏模式来看，基础两边的压重不一样时，破坏的滑 裂面自然在压重轻的一边先发生。《规范》条文说明“基础 两侧超载不等时，取小值”就是这种概念的体现。 8．只考虑沿基础短边方向的，不考虑长边方向。 当结构四周的超载相差不多，且其长宽相差较大时，破 坏一般不会沿着长边发生，此时取短边(B 方向)进行考虑是 可以的。但当结构的长宽比较接近时，取四周的埋深（折算 埋深）的最小值进行深度修正是较安全的。 3 对裙楼边长小于 2 倍主楼边长时的考虑及建议 对裙楼边长小于 2 倍主楼边长（图 4）分两种情况考虑： （1）当裙楼处的折算大于天然埋深时，按照规范 要求，因为裙楼边长不大于 2 倍主楼边长，取天然埋深进行 深度修正是没有问题的。但作者认为，当裙楼可以形成较为 连续均布的超载时，可以适当考虑裙楼的压重作用，取计算 埋深处于裙楼折算埋深和天然埋深之间。因为这方面没有权 威资料，因此具体取值应该慎重，或者参考工程经验。 图 4 裙楼边长小于 2 倍主楼边长的情况 （2）当裙楼处的折算埋深不大于天然埋深时，规范没 有明确说明。这个时候，取折算埋深，取小值应该是合理且 偏安全的。当然如上所述，从压重机理来说也可以适当考虑 天然埋深的较大压重，同样应该慎重。 4 各种基础类型的计算埋深取值举例 4．1 条形或独立基础见图 5（a），（b）。 4．2 箱基或筏基等整体基础见图 5（c）。 4．3 独立基础＋防水板见图 5（d）。 该基础防水板的基底反力的大小与其构造密切相关 [3] 。 防水板下设置软垫层，起到确保防水板不承担或承担最少量 的地基反力时，软垫层下的地基反力 q 可以考虑防水板自 重、地下室地面建筑做法等。如果防水板下采用的是一般垫 层，防水板与基础将共同承担上部结构传来的力，其地基反 力由分析计算得到。但即使柱距不大，板也不薄，防水板的 基底反力也不能形成均布荷载，也就不能将基底平均压力 q 全额作为超载对独立基础下的承载力进行深度修正 [1] 。不少 设计人员将基底反力平均值折减后作为超载，即 m e / γ α q d = （1） 式中， α 为折减系数。折减系数取多少取决于垫层、柱跨、 板厚及土的性状等。但由于这方面的资料较少，承载力修正 的量值具有很大的经验性，宜通过防水板下反力测试，积累 一定实测资料后给出。通过经验给出的折减系数不能取得太 小，否则计算得到的折算深度 d e 小于裙房室内地面到基础 底面的距离 d 1 ，就没有意义了。最后，用于承载力修正的计 算埋深取室外埋深和折算埋深的小值。 图 5 各种情况的计算埋深取值示意（图中 d 表示计算埋深）

11 Building Structure 专题讨论 We learn we go 5 带裙房的主楼的地基承载力深度修正举例 为了突出问题，仅对结构短边方向、基础两边天然埋深 一样、裙房边长不小于主楼边长的 2 倍、主楼基础为整体性 较好的箱形或筏板基础的情况进行说明。 5．1 主裙楼一体 计算埋深取左右两边折算埋深的最小值，见图 6（a）。 5．2 主裙楼间设缝，之间填粗砂充实至地面的情况 由于粗砂可以传递水平方向的受力，因此对主楼地基承 载力的深度修正可以参考主裙楼一体时的情况，见图 6（b）。 5．3 裙房为独立基础 因为裙房的独立基础不能形成连续均匀的分布荷载，因 此，不能考虑裙房荷载对超载的贡献。其计算埋深应为从裙 房室内地面算起的天然埋深，见图 6（c）。 5．4 裙房为独立柱基础＋防水板 如 4.3 的分析，宜依据工程实测数据，按式（1） 对其基底反力进行折减后作为超载，见图 6（d）。 参考文献